エビの養殖に用いられる屋外大規模平面水槽では，エビの抜け殻や海草屑などの老廃堆積物を効率的に集積し除去する方策の確立が養殖成功の成否を握る．本研究では，養殖場を模した正方形平面水槽を対象に，ポンプで発生させた強制循環流の構造と，それに伴う堆積物の移流特性について，水理模型実験と数値解析により検討を行った．この結果，循環流による第一種二次流が堆積物を水槽中央付近に集積させ，ポンプ流量を増加することでこの効果も大きくなること，堆積物の集積範囲は概ね移動限界の掃流力以下の領域と一致すること，ポンプ始動直後の初期渦や停止直後の水面揺れ戻しが堆積物集積に寄与することから，ポンプの始動と停止を繰り返すことで，堆積物の集積をより効率的に進められる可能性があることなどが示唆された．

　近年，日本では気候変動の影響によって大型の台風や局所的な豪雨が増加しており，堤防が決壊することで生じる河川氾濫による被害が相次いでいる．このような被害を軽減するため，粘り強い堤防整備の重要性が高まっており，堤防が破壊に至るまでの浸透，越流，侵食などの進行的な挙動を精緻に再現可能な解析法が必要である．本研究は，堤体表面を流れる越流水による侵食挙動を再現できる解析手法の確立を目的として，表面流と浸透流を同時に考慮できる三次元流体解析法と粒子法による土の弾塑性変形解析法を連成した．表面流・浸透流における圧力，および表面流におけるせん断力を土の変形解析法に受け渡すアルゴリズムを提案し，裏法尻から侵食破壊が進行していく様子が定性的に再現できることを示した．

　近年，地球温暖化に伴う気候変動により，甚大な被害をもたらす記録的な豪雨が頻発している．中でも河川堤防の決壊は深刻な被害を及ぼしており，決壊メカニズムの解明は重要な課題である．2019年の台風19号では，堤防決壊により堤内地に土砂が堆積することでも被害が拡大した．このような土砂移動に着目した研究は多く行われているものの，粘土や礫を含む堤防の決壊時の地形変化プロセスは検討すべき課題である．そこで本研究では，着色した砂礫を用いた模擬堤防の越流決壊実験を行い，越流決壊時の地形変化を詳細に観察した．その結果，堤体材料の違いにより生じる越流決壊プロセスの違いが，堤体形状ならびに周辺地形に大きな影響を及ぼすことを明らかにした．

　本研究では，浮遊砂が卓越する河川において，平面二次元流モデルで河岸侵食を含む流路変動を解析する手法を示し，これをバングラデシュのSangu川下流域の蛇行区間に適用して，流路変動の特徴を明らかにする．Sangu川下流域の流路変動が著しい区間を対象として，2018年の河床を初期条件とした解析を行い，実際の流路変動データと比較した．その結果，解析結果は実際の河床変動と河岸侵食の傾向を概ね捉えることができることが分かった．蛇行や砂州に伴って流れが集中する箇所では，その下流内岸側で，主流線からの剝離渦に伴って浮遊砂が堆積し，一方で外岸側ではこの剝離渦は形成されにくく，氾濫流が流路に戻る際に河岸侵食を引き起こしている．このように，浮遊砂の堆積と河岸侵食によって流路変動が生じる過程を明らかにした．

　礫床に砂が供給されるような選択的な土砂移動が生じる局面では，露出した礫による遮蔽，礫間の空隙への細粒分の堆積（空隙の充填），表層における細粒分の移動の容易さなど，特徴的な土砂移動，河床変動状況が生じる．従来の交換層モデルはこのような現象を十分に表現することが困難であり，土砂管理や河川環境管理の観点から，これらを適切に表現できるモデルが必要となっている．本研究では，既検討の遮蔽効果と空隙率変化を考慮した河床変動モデルについて，表層における細粒分の移動可能面積率，交換層内の各層間の土砂交換のモデル化を更新し，土砂供給実験に適用することによりその効果を確認した．その結果，河床変動，水面形変化の再現性等が向上し，有用なモデルであることが確認された．

　橋脚の局所洗掘に関する対策工としては，河床洗掘の防御のための保護工または強い下降流を伴う馬蹄形渦の制御が挙げられる．本研究では，環境負荷の小さい後者に着目し橋脚の直上流に群杭を設置して橋脚周りの馬蹄形渦および橋脚前面の下降流を抑制して橋脚の洗掘を低減させることを目的とした．実験結果から群杭を用いた導流工を設置した場合，無対策に較べて橋脚周りの最大洗掘深が約40％，洗掘孔の体積は約6%にまで抑制され，橋脚と導流工先端部の局所洗掘は，橋脚径の約4倍以上の流軸方向の長さであれば独立した形態をしめすことを明らかにした．

　沈砂池または水槽の効率的な排砂を行うため，3次元土砂輸送解析を用いた検討が行われつつある．しかし，射流を伴う高掃流力条件下での土砂のPick-up rateについては不明な点が多い．本研究では，まずPick-up rateの既往実験データを再整理し，Pick-up rate式の適合性を精査した．次に，急勾配水路床を持つ現地の沈砂池を対象として排砂の固定床試験ならびに移動床試験を行い，これらの 3次元土砂輸送解析を通じてPick-up rate式の適用性を検証した．一連の検討において，van Rijnによって提案されたPick-up rate式が砂の高掃流力条件下において適用性が高いことが示された．また，無次元Pick-up rateにおいて粒径依存性が無視できない影響を及ぼすことが示唆された．

　本研究は，水面幅が縮小する条件下での川幅・河床位の変動に制限のない実険を実施し，「安定河道の条件」内外での河道の応答の違いを検討するとともに，安定河道を形成させた流量から流量を段階的に変化させた実鹸を実施し，流量変化時の現況河道の応答特性と被災リスクポテンシャルの高い応答をする河道と安定河道の条件との関係を検討したものである．その結果，安定河道の条件を基準に，（1)K値が流量堵加により安定河遣の条件より大きくなる培合，河道が拡幅する応答を河岸や護岸が抑制するため，（2)k値が複列砂州の「安定河道の条件」の境界付近にある場合，流量減少時に河道は単列砂の「安定河道の条件」に遷移し河床が低下する応答をする場合があるため，河岸や護岸の被災リスクポテンシャルが高まること，などが確認された，

　熊本県氷川町若洲地区干拓地では，灌漑用水として一部地下水を使用しているが，地下水を使用した農作物栽培では，農作物の生育不良が報告されていた．そこで，本研究では地下水の水質特性と灌漑用水としての適性について評価を行った．浅井戸と深井戸で調査を実施し，浅井戸の方が溶存イオン濃度は高いことが示された．また，浅井戸はNa-Cl型を示す一方で，深井戸では主に(Na+Ca)-Cl型を示し，井戸の深さによって異なる水質特性を示した．USSL diagramおよびWilcox diagramにより地下水の灌漑用水としての適性を評価した結果，採水した地下水の大半は灌漑用水として使用可能であるが，農作物の耐塩性や土壌の排水環境によっては使用できないと考えられた．

　中部地方のダムを上流ダム放流操作の影響度を元に，上流域の特性が同一視できる 3 パターンに分類した．パターン毎の代表ダムにおいて，流入量予測を目的とした深層学習モデルを構築し，予測精度を評価することで，学習時の入力条件に応じたモデル構築方法の妥当性やダム流入量予測への適用性を評価した．

　本論では，面的な雨域の把握が可能なレーダ雨量を深層学習モデルの入力データとし，近年出水を学習対象としているが，学習データが限られる低頻度・未経験洪水に対する予測精度確保が課題となる．そのため，レーダ雨量が存在しない期間の大規模出水を地上雨量データを用いて学習対象に追加することで，これらの洪水に対する予測精度を確保した．また，学習に使用する雨量データの種別混在による予測精度への影響を分析し，上記対応の是非を確認した．

　本研究は，低平地の洪水氾濫解析において異なる標高データを用いた場合の解析結果の違いについて明らかにすることを目的とし，洪水が頻発しているベトナム中部Huong川を対象に標高データのみを入れ替えた洪水氾濫解析を行った．本研究で取り扱った標高データは，航空レーザ測量による標高データと比較して，沿岸部の低平地で2mから4mの平均差異があった．これらを用いた約250mの空間解像度の洪水氾濫解析結果より，最大浸水深は実測値と比較して，計算値との平均差異が最も小さい場合で0.86mであり，航空レーザ測量による標高データを用いても0.66mであると示された．そして，この差異は現状では許容せざるを得ず，標高データの精度と解析の精度は必ずしも比例しないと結論付けた．

　都市域・市街化地域では細かな流出実態の把握や，小流域における観測が重要となっている中，名古屋市は洪水対策の一つとして河川流域内ため池の整備・監視を行っている．本研究は名古屋市南部の水位が記録されている二つのため池に着目し，現地調査に基づいて作成したため池の水位流量曲線と水位データ，レーダ雨量データを用いて，実降雨における市街化したため池流域の雨水流出特性を評価した．その結果，二つのため池における貯留効果やピーク流出量の違いを確認するとともに，流出係数や流達時間が降雨イベント毎にばらつくことが確認された．これには，流域における降雨の時空間分布の偏りや，上流のため池による貯留効果が影響しているものと考えられる．

　ため池群の洪水軽減効果を流域スケールで評価することを目的に，まずは，既存の内水氾濫解析モデルに実装するため池の流出入を計算する「ため池サブモデル」を開発し，加古川水系万願寺川流域に適用した．この結果から，河川流量のピーク低減率は降雨ピーク時において空き容量が確保されているため池の集水域面積の総和とピーク時の有効雨量に規定されることを明らかにした．この規定要因とピーク低減率の関係から，降雨規模や降雨波形に依存しない関係式を導くことができた．この関係式を用いることで，数値シミュレーションモデルを構築することなく，流域内のため池の諸元から簡易にピーク低減率を評価できる可能性を示した．

　本研究では，東北地方の中小河川3流域を対象として，人口減少の進行段階に対応した土地利用と河道条件変化を仮定し，流出氾濫解析を実施することにより，人口減少が流量に与える影響を定量的に評価した．人口減少・無居住化に伴う土地利用変化と河道条件変化のケースをモンテカルロ法により100パターン想定し，流量変動の不確実性を考慮した．結果として，対象流域における人口減少に伴う貯留機能の高い森林の増加及び貯留機能の低い人工的土地利用の減少により，年最大流量が最大1.0%減少した．更に渇水流量が最大6.6%増加することが示された．本研究により得られた知見は，人口減少が著しい中小河川流域における将来の河川管理計画に貢献するものである．

　高精度な浸水解析のためには，標高データの解像度と計算格子解像度が重要となる．本研究では兵庫県の1m解像度標高と国土地理院5m解像度標高による浸水解析を実施し，1m解像度の詳細な標高データを用いることで，より現地形状に沿った結果となることを明らかにした．また，5m解像度標高でも家屋の形状を正確に反映し1mの格子解像度で計算することで，1m解像度標高に近い解析結果となることを明らかにした．また，家屋間の流れを表現するには2m格子では十分でなく，1m程度の解像度が必要であること，個々の家屋の特徴を加味した倒壊評価が重要であることを明らかにした．

　本研究は令和元年台風 9号(以降，令和元年台風)と昭和33年台風22号(狩野川台風，以降，狩野川台風)の降雨流出特性に着目して，狩野川放水路の治水効果を評価した．数値実験の結果，狩野川流域では，期間内総雨量が同程度としても約50mm/hの雨が半日以上連続した降雨イベントの方が河道への流出量が大きくなることを示した．狩野川放水路の越流堤による治水機能は殆どみられず，ゲート開閉による治水機能が大きいと推察した．また，狩野川台風時の天然ダム発生時のように狩野川放水路分流地点より上流部での浸水の発生した際は，地形傾斜によって中流部まで拡大し，放水路の治水機能が十分に機能できないことがあった．そのため，上流部での治水機能の向上，そして本川の整備の重要性を示した．

　深刻化している地球温暖化問題に対し，気象現象のメカニズムの理解・予測精度の向上は欠かせない．気象予測の向上に上空風速場のデータ同化は重要である．著者らは複数台の安価な市販カメラを上空に向け，雲を連続撮影し，雲の移流速度を同定する新たな上空風速場の測定手法を開発してきた．しかし，用いていたカメラの計時精度や画角が風速算出精度に悪影響を与えているという懸念点があり，GPS搭載の画角を拡大した撮影システムを構築した．従来のカメラと構築した撮影システムで同時観測し，上空の移流ベクトルの算出比較を行った．開発した撮影システムでは風速は時刻同期の誤差が最大2秒であり大きく改善された．画角の拡大，イメージセンサの向上により風速算出数が増加することが確認された．

　降雨強度の新しい測定原理を開発した．レーザー式ディスドロメータLPMの雨量強度を教師データ，傘に取り付けた音声レコーダーで録音した雨音の周波数毎の音圧を説明変数とし，回帰分析により雨音からの降雨強度算出式を構築した．傘の材質やレコーダーの位置が変わっても降雨強度を精度良く推定でき，14mm/h程度の降雨強度の降雨事例において，降雨強度の算出精度はRMSEで0.28mm/hであった．一方，構築した回帰式を異なる傘材質で取られた雨音データ，異なる位置で取られた雨音データに適用すると精度は0.7mm/h程度低下した（傘の材質の違い：RMSEで0.94mm/h）．一方で適用したいずれの場合も，相関関係が確認でき，適切な補正により推定精度の向上が期待できる．

　対応波長域，感度波長帯，受光面積，材質の異なる4種類のPINフォトダイオードによるDIY日射測定の可能性を評価した．パッシブ・アクティブ方式の測定回路を用いて日射の定点観測を実施した結果，シンプルな測定回路でも自作センサによる日射測定は十分に可能であることが示唆された．受光面積が大きく，感度波長帯が可視～近赤外域にあるPINフォトダイオードの日射測定精度が優れていた．移動観測を実施し，コンクリート舗装された通路や植生で覆われた地点でのPINフォトダイオードの上向き日射測定精度は低下すること，また，コンクリート構造物からの反射日射の測定には課題があることを確認した．

　近年，ヒートアイランド現象や集中豪雨による被害が顕在化する中で，高空間解像度の地上気象データの重要性が高まっている．本研究では，気温，湿度，風向・風速，降水強度を観測でき，無線通信によるリアルタイムでの情報発信が可能なIoTデバイスを開発した．実際に，試作したIoTデバイスを車両に搭載し，定点観測値との比較を行った．その結果，定点観測時には日射加熱の影響やセンサの器差はあるものの，安定して気象測定が可能であることが確認された（夜間の気温RMSE=0.55℃）．移動観測時では本デバイスを用いて，幹線道路沿いで気温が高くなる現象が確認でき，幹線道路の天空率の高さに加え，自動車排熱の局所的な大気加熱の影響があることがガスセンサから示唆された．

　プロクルステスの寝台とは，杓子定規を戒める警句である．再現期間に対する確率降水量や確率流量の推定のため，従来から用いられる方法は，まず，極値分布とそれ以外の確率分布による候補分布を用意し，観測記録に対して各々，母数推定を行う．次に，推定された母分布について，適合度を示す基準を用いて評価し，確率水文量を決定している．しかしながら，確率分布の吟味に対しては改良の余地がある．試行錯誤は工学的判断に必要な手順であり，さまざまな確率分布への適合を試みることは良いが，確率分布を比べるというのは本質的に難しい．極値理論を用いた結果を最終的に採用するためのテセウスの知恵と工夫が必要である．

　異なる計画規模を考慮した裾従属性指標を提案し，d4PDF過去実験データに2変量極値分布を適用して全国の一級水系の2水系の組で河川流量極値の従属性の特徴を調べた．従属性は集水域が隣接する組で高く，2水系で計画規模を同時に上回る洪水（同時超過洪水）の再現期間が500年未満の組が全国的に存在していることがわかった．特に中国地方ではその数が多く，3水系以上で同時超過洪水のリスクが高いことが示された．d4PDFのデータで同時超過洪水事例を調べるとその発生月がそれぞれ6，7月および8，9月で最も多く，既往の極端洪水と整合的であった．また，東北地方の子吉川と四国地方の四万十川のように地理的に離れた水系でも一定の裾従属性が見られ，それは台風によってもたらされることが示唆された．

　本論文では，欠測値を含むデータセットから直接学習可能な欠測対応スパースモデリング（HMLasso）による水位推論を提案し，その有効性を検証した．河川情報で生じる観測所の未観測，観測エラーなどによる欠測への対応手法として，HMLassoによる欠測処理の有用性を検証するため，令和4年8月に出水事例が報告された最上川を対象に，従来法と比較した．さらに，学習データの欠測率を最大50%まで人為的に増加させ評価した．その結果，HMLassoモデルはNash-Sutcliffe係数で，実測値で学習した場合で0.876に対し，50%欠測では0.842と，欠測率による性能低下が少ないとわかった．

　全球降水量分布の推定は，世界の災害予測や水資源管理に不可欠である．本研究では，アンサンブルデータ同化に基づき，地上雨量計観測から全球降水量分布を推定する新たな手法を提案する．具体的には，欧州中期予報センターの再解析降水量を用いて第一推定値と背景誤差共分散を構築し，同化観測数制限等の最先端のデータ同化手法も併用することで，全球降水量分布を推定した．推定の入力値とは独立の地上雨量計観測を用いて検証した結果，米国海洋大気庁の既存プロダクトと比較してより高精度な降水量分布が得られることが示された．その主要因は，再解析データから背景誤差共分散を求めることで，各地点の誤差分散や，地点間の誤差共分散が改善されたことだと考えられる．更に，推定手法に同化観測数の制限を課すことが降水分布の精度の向上に寄与した．